碳中和目標(biāo)下的儲(chǔ)能“猜想”

本刊記者 周倜然 通訊員 蔣福佑

實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，時(shí)間短，任務(wù)重。這是一份沉甸甸的減碳承諾，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入全新階段的振臂一呼，更是中國(guó)的決心和魄力。

能源電力無(wú)法處身事外，作為能源轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能行業(yè)猶是。

近年來(lái)，全球風(fēng)電、光伏等可再生能源的裝機(jī)占比與發(fā)電占比持續(xù)提升，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)沖擊。因此，“可再生能源+儲(chǔ)能”才是能源轉(zhuǎn)型的終極解決方案，可在減少碳排放的同時(shí)確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

目前，風(fēng)、光發(fā)電都可以做到平價(jià)，但“可再生能源+儲(chǔ)能”只能在電價(jià)較高的地區(qū)才具有經(jīng)濟(jì)性，大規(guī)模發(fā)展受到商業(yè)化掣肘。可喜的是，儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新步履不停。以鋰電池為例，過(guò)去10年里，鋰電池儲(chǔ)能在循環(huán)次數(shù)、能量密度、響應(yīng)速度等方面均取得巨大進(jìn)步。2020年鋰離子電池成本降至137美元/千瓦時(shí)，較2013年下降了80%，成本下降正在突破鋰電池在電力儲(chǔ)能領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)約束。

國(guó)外儲(chǔ)能發(fā)展的領(lǐng)先實(shí)踐

德美日等發(fā)達(dá)國(guó)家在儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新方面都進(jìn)行了大量的領(lǐng)先實(shí)踐，能源轉(zhuǎn)型取得了顯著成效，對(duì)我國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

德國(guó)——能源轉(zhuǎn)型的燈塔

2000年，德國(guó)就提出了全面能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，是全球能源轉(zhuǎn)型的燈塔國(guó)。2020年，德國(guó)可再生能源發(fā)電量為233億千瓦時(shí)，發(fā)電量占比達(dá)到49.3%，2011年這一數(shù)據(jù)剛達(dá)到20%。

德國(guó)的可再生能源能占比如此之高，與德國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步與儲(chǔ)能商業(yè)模式創(chuàng)新密不可分。德國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有如下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：一是政府發(fā)揮引導(dǎo)功能。德國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，政府為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)提供補(bǔ)貼。2013年德國(guó)復(fù)興信貸銀行與德國(guó)環(huán)境部推出了針對(duì)戶(hù)用儲(chǔ)能（<30千瓦）的補(bǔ)貼措施，與戶(hù)用光伏搭配的儲(chǔ)能系統(tǒng)（需接入電網(wǎng)）可獲得低息貸款以及初始投資成本30%的補(bǔ)貼，該補(bǔ)貼2018年退出后，用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能增長(zhǎng)勢(shì)頭并未受到影響。二是行業(yè)組織為儲(chǔ)能發(fā)展制定標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。2016年，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究所、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)和德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)聯(lián)合制定了《德國(guó)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》，為德國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展提供了清晰的路線。三是充分發(fā)揮市場(chǎng)功能。由于德國(guó)居民電價(jià)較高，隨著光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能成本的下降，戶(hù)用儲(chǔ)能裝機(jī)得到了迅速發(fā)展。截至2020年，德國(guó)戶(hù)用儲(chǔ)能裝機(jī)已達(dá)8.8萬(wàn)套。

美國(guó)——儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化的先行者

美國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走的是高度市場(chǎng)化路線，市場(chǎng)機(jī)制為儲(chǔ)能提供了順暢的成本傳導(dǎo)機(jī)制和豐富的收益來(lái)源。以美國(guó)加州為例，截至2019年底加州已累計(jì)投運(yùn)47個(gè)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目（僅包括供電側(cè)及大型工商業(yè)項(xiàng)目），項(xiàng)目總功率達(dá)255兆瓦，總裝機(jī)量為650兆瓦時(shí)，占比超過(guò)全美儲(chǔ)能裝機(jī)容量的1/3。

加州儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展主要得益于投資儲(chǔ)能有利可圖：一是隨著光伏在電力裝機(jī)中的占比持續(xù)提升，近年來(lái)加州的電力供需結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著改變。2010～2019年，光伏在加州電力總裝機(jī)中的占比由0.2%提升至14.1%，發(fā)電量占比則由0.04%提升至13.1%，電力供給結(jié)構(gòu)的改變拉大電力批發(fā)市場(chǎng)的價(jià)格曲線，從2016年的約30美元/兆瓦時(shí)提升至2019年的約50美元/兆瓦時(shí)，有助于提升儲(chǔ)能項(xiàng)目的收益。二是電力輔助服務(wù)是加州供電側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目另一個(gè)重要的收益來(lái)源，近年來(lái)各類(lèi)輔助服務(wù)的平均出清價(jià)格呈明顯上升趨勢(shì)，儲(chǔ)能項(xiàng)目的收益亦有望隨之提升。三是除了市場(chǎng)化的峰谷套利、輔助服務(wù)收益，加州大型公用事業(yè)公司的儲(chǔ)能設(shè)施還可被納入電網(wǎng)資產(chǎn)，通過(guò)政府核定的輸配電價(jià)收回成本。

日本——儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)先者

小東梁風(fēng)電場(chǎng)。 資料圖

日本儲(chǔ)能項(xiàng)目大部分應(yīng)用在電力輸配領(lǐng)域，在電池儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域保持領(lǐng)先，構(gòu)建了覆蓋儲(chǔ)能研發(fā)、制造和商業(yè)化應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

比如福岡縣Buzen變電站鈉硫電池項(xiàng)目和福島Minami-Soma變電站鋰離子電池項(xiàng)目，就是依托大規(guī)模儲(chǔ)能電池系統(tǒng)提升電網(wǎng)供需平衡的示范項(xiàng)目，支持九州電力公司和東北電力公司通過(guò)安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)中引入更多的可再生能源。福岡縣Buzen變電站鈉硫電池項(xiàng)目系統(tǒng)總?cè)萘?0兆瓦/300兆瓦時(shí)，可以滿(mǎn)足大約30000戶(hù)家庭一天的電力需求。福島Minami-Soma變電站鋰離子電池項(xiàng)目距離福島核電站16英里，該地區(qū)可再生能源資源豐富，該項(xiàng)目正是通過(guò)利用鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)或釋放可再生能源電力，從而更好地管理和提升電網(wǎng)供需平衡，同時(shí)平抑因大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)而引起的電力波動(dòng)。

此外，日本的儲(chǔ)能裝備企業(yè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力，東芝、夏普、三井、田淵電機(jī)、日產(chǎn)等企業(yè)都具有相當(dāng)?shù)膬?chǔ)能技術(shù)實(shí)力，這些企業(yè)在全球儲(chǔ)能市場(chǎng)表現(xiàn)活躍。

資料圖

國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面并未落后國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，在某些環(huán)節(jié)甚至保有一定領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)能安裝容量也位居世界前列，是全球電池生產(chǎn)大國(guó)。國(guó)內(nèi)為引導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在政策安排、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)創(chuàng)新和試點(diǎn)示范方面都開(kāi)展了大量工作，取得顯著成效。

政策安排

國(guó)家高度重視儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“十三五”期間就把儲(chǔ)能列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，給予政策支持?！笆奈濉币?guī)劃明確提出要實(shí)施電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，為我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了明確的戰(zhàn)略路徑和堅(jiān)強(qiáng)的政策支持。2021年4月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》，提出儲(chǔ)能發(fā)展的主要目標(biāo)：到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬(wàn)千瓦以上。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機(jī)規(guī)?；緷M(mǎn)足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。屆時(shí)，新型儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。

地方政府亦積極推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020年以來(lái)多地政府相繼出臺(tái)鼓勵(lì)儲(chǔ)能發(fā)展的相關(guān)文件，要求或鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電項(xiàng)目配置一定比例的儲(chǔ)能。截至目前，全國(guó)至少有10個(gè)?。ㄊ校┏雠_(tái)了“新能源+儲(chǔ)能”的政策。比如青海省發(fā)改委下發(fā)的《支持儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干措施（試行）》，該措施要求新建新能源項(xiàng)目配套的儲(chǔ)能容量原則上不低于項(xiàng)目裝機(jī)量的10%，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)不低于2小時(shí)；山東省鼓勵(lì)風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目?jī)?yōu)先租賃共享儲(chǔ)能設(shè)施，租賃容量視同其配建儲(chǔ)能容量；陜西省鼓勵(lì)地方政府或大型企業(yè)牽頭在升壓站附近配置集中式儲(chǔ)能電站。

標(biāo)準(zhǔn)制定

我國(guó)從2010年開(kāi)始開(kāi)展電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前成立了中電聯(lián)抽水儲(chǔ)能標(biāo)委會(huì)和全國(guó)電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)儲(chǔ)能標(biāo)委會(huì)）。前者負(fù)責(zé)抽水儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，已經(jīng)制定發(fā)布了《抽水蓄能電站檢修導(dǎo)則》《抽水蓄能電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（KKS）編碼導(dǎo)則》等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。后者于2014年5月由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批復(fù)成立，由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)指導(dǎo)，秘書(shū)處掛靠中國(guó)電力科學(xué)研究院。儲(chǔ)能標(biāo)委會(huì)歸口管理除抽水蓄能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之外的其他所有類(lèi)型的儲(chǔ)能，目前已經(jīng)編制發(fā)布了《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》等多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了發(fā)展規(guī)范。

技術(shù)創(chuàng)新

儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能兩種類(lèi)型，物理儲(chǔ)能包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等，化學(xué)儲(chǔ)能主要為電池儲(chǔ)能，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等。目前全球儲(chǔ)能裝機(jī)超過(guò)90%為抽水儲(chǔ)能，抽水儲(chǔ)能技術(shù)比較成熟，但是受制地理環(huán)境限制和成本無(wú)法進(jìn)一步大幅降低，未來(lái)發(fā)展空間有限，壓縮空氣儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能才是未來(lái)大勢(shì)所趨。

在壓縮空氣儲(chǔ)能方面，國(guó)內(nèi)已經(jīng)把能源綜合效率提升到60%以上，清華大學(xué)盧強(qiáng)院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的零排放壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。在化學(xué)儲(chǔ)能方面，巨大市場(chǎng)需求拉動(dòng)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能領(lǐng)先企業(yè)加大研發(fā)投入，尤其是鋰電池技術(shù)方面保有一定創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，比如寧德時(shí)代采用CTP技術(shù)、高鎳技術(shù)、高電壓技術(shù)、超薄基材等技術(shù)，在降低成本的同時(shí)大幅提升了鋰電池的能量密度，達(dá)到215瓦時(shí)/千克。

試點(diǎn)示范

目前，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)中抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比超過(guò)90%，且壓縮空氣儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能也開(kāi)始大規(guī)模試點(diǎn)示范。比如，2020年開(kāi)工的金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目一期建設(shè)1套6萬(wàn)千瓦×5小時(shí)的鹽穴非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)約為1660小時(shí)，電換電效率為60%以上，使用壽命超過(guò)30年，二期規(guī)劃建設(shè)規(guī)模為35萬(wàn)千瓦，終期規(guī)模將達(dá)100萬(wàn)千瓦。2019年開(kāi)工建設(shè)的大同云岡礦廢棄煤礦巷道儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目，依托原來(lái)挖煤的巷道，變成儲(chǔ)能壓縮空氣站，利用棄風(fēng)、棄光、棄水和“低谷電”，以100～120個(gè)大氣壓的高壓空氣進(jìn)行儲(chǔ)能，系統(tǒng)綜合效率較高，電站裝機(jī)總規(guī)模達(dá)100兆瓦。此外，江蘇建成了10萬(wàn)千瓦級(jí)的電池儲(chǔ)能電站，相當(dāng)于一個(gè)20萬(wàn)千瓦的中型發(fā)電廠1小時(shí)發(fā)的電，可以同時(shí)滿(mǎn)足17萬(wàn)戶(hù)居民的用電需求。

儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)初探

其一，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向是市場(chǎng)化。從國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》來(lái)看，短期內(nèi)在供電側(cè)以強(qiáng)制性或鼓勵(lì)配套儲(chǔ)能為主，長(zhǎng)期目標(biāo)是基于技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)機(jī)制完善，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化發(fā)展。從國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)也能清晰看到這一點(diǎn)——政府支持在一段時(shí)間過(guò)渡后，主要由市場(chǎng)需求拉動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了覆蓋儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)、裝備制造、系統(tǒng)集成、投資運(yùn)營(yíng)和回收利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，尤其在制造環(huán)節(jié)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力，寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè)是電池生產(chǎn)的領(lǐng)先者。

其二，電力供需雙側(cè)都將迎來(lái)儲(chǔ)能發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇。在發(fā)電側(cè)，抽水儲(chǔ)能在一段時(shí)間內(nèi)仍然是最主要的儲(chǔ)能方式，壓縮空氣儲(chǔ)能也有望在發(fā)電側(cè)得到大規(guī)模發(fā)展。由于政策強(qiáng)制性或鼓勵(lì)新能源項(xiàng)目要配置一定容量的儲(chǔ)能，“新能源+儲(chǔ)能”會(huì)刺激儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在發(fā)電側(cè)爆發(fā)。在用戶(hù)側(cè)，國(guó)內(nèi)工商業(yè)戶(hù)用儲(chǔ)能機(jī)會(huì)逐漸顯現(xiàn)，一方面儲(chǔ)能系統(tǒng)具有調(diào)峰的作用，可使實(shí)際的用電功率曲線更加平滑，從而降低用戶(hù)的尖峰功率以及最大需量，起到降低基本電價(jià)的作用；另一方面目前全國(guó)較多地區(qū)工商業(yè)用電已實(shí)行峰谷電價(jià)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可將用戶(hù)高峰時(shí)間的用電量平移至低谷時(shí)段，尤其在一些峰谷價(jià)差比較大的地區(qū)，比如上海、湖北、江蘇等地大工業(yè)用戶(hù)（最高電壓等級(jí)）的夏季峰谷價(jià)差超過(guò)0.7元/千瓦時(shí)，儲(chǔ)能發(fā)展空間更加巨大。國(guó)內(nèi)居民戶(hù)用儲(chǔ)能市場(chǎng)與德美澳等發(fā)達(dá)國(guó)家不同，還不具備大規(guī)模爆發(fā)的條件，因?yàn)閲?guó)內(nèi)住宅較多為樓房，無(wú)獨(dú)立屋頂，且居民電價(jià)相對(duì)較低，建設(shè)居民戶(hù)用儲(chǔ)能系統(tǒng)不劃算。

其三，化學(xué)儲(chǔ)能有望成為主要儲(chǔ)能形式。目前抽水蓄能是全球電力系統(tǒng)中主要的儲(chǔ)能形式，據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，全球已累計(jì)投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目189.8吉瓦，其中抽水蓄能的占比為90.9%，電化學(xué)儲(chǔ)能占比僅為6.9%。雖然抽水蓄能規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、技術(shù)成熟，但只有具備特定自然地形條件的地區(qū)才能進(jìn)行建設(shè)，因此持續(xù)增長(zhǎng)的電力儲(chǔ)能需求仍需由其他的儲(chǔ)能形式進(jìn)行填補(bǔ)。從新增裝機(jī)情況來(lái)看，近年來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能已成為主流，2012～2020年全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)由不到1吉瓦提升至超過(guò)13吉瓦，貢獻(xiàn)了全球電力儲(chǔ)能裝機(jī)的主要增量。

其四，“新能源+儲(chǔ)能”平價(jià)時(shí)代或?qū)?lái)臨。無(wú)論從技術(shù)進(jìn)步還是成本下降速度來(lái)看，“新能源+儲(chǔ)能”平價(jià)時(shí)代都有望在“十四五”期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。新能源發(fā)電從開(kāi)始規(guī)?；l(fā)展到平價(jià)時(shí)代大概用了2～3個(gè)五年規(guī)劃，鋰電池儲(chǔ)能成本過(guò)去10年下降了80%多，距離儲(chǔ)能平價(jià)時(shí)代已不遙遠(yuǎn)。隨著平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì)進(jìn)入全面爆發(fā)的黃金時(shí)代?！?/p>

示范工程光伏電站充分發(fā)揮自身具備多重采光工藝材質(zhì)及跟蹤布置特色優(yōu)勢(shì)，深化完善光伏電站管理辦法、管理程序，科學(xué)展開(kāi)工程化技術(shù)應(yīng)用分析和路線比對(duì)，積極推進(jìn)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 資料圖